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24.07.2014 | Neutronen enttarnen mit NeuLAND

GSI-Detektortest für FAIR

Foto: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

NeuLAND-Detektor

Foto: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

NeuLAND wird aufgebaut

 

Wie sind sehr neutronenreiche Kerne aufgebaut? Um dieser Frage nachzugehen bauen Forscher an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH den Neutronendetektor NeuLAND. Die erste Doppelebene des Detektors wurde jetzt erfolgreich getestet. NeuLAND wird im R3B-Experiment am zukünftigen Teilchenbeschleuniger FAIR eingesetzt. Mit NeuLAND können die Wissenschaftler mehrere schnelle Neutronen effektiv wie niemals zuvor einer Kernreaktion zuordnen. Das Ziel: Die Elemententstehung in Supernovae entschlüsseln.

Drei Meter lang, 2,50 Meter hoch und breit – so groß wird der fertige Detektor NeuLAND sein. Aus 3000 Messinstrumenten setzt er sich zusammen. Dabei handelt es sich um Kunststoffstäbe, sogenannte Plastik-Szintillatoren. Sobald ein Neutron sie durchläuft und mit den Szintillatoren wechselwirkt, erzeugen sie Licht. Es wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das den Wissenschaftlern Informationen über das Neutron liefert.

Die Neutronen stammen aus einer Aufbruchreaktion: Wenn beschleunigte neutronenreiche Kerne auf eine Folie prallen, werden sie angeregt und emittieren ein oder mehrere Neutronen. Wissenschaftler wollen diese Neutronen messen und sehr genau wissen, wie viele Neutronen den Detektor durchlaufen. Denn dadurch erfahren sie mehr über extrem neutronenreiche Kerne, die bei der natürlichen Erzeugung von Elementen wie Gold oder Blei in Supernovae, das heißt Sternexplosionen, eine entscheidende Rolle spielen. Diese Kerne sollen zukünftig in der neuen FAIR-Beschleunigeranlage produziert werden. Besonders interessieren sich die Forscher auch für exotische Systeme, die fast ausschließlich aus Neutronen bestehen, deshalb künstlich erzeugt werden müssen und nur für einen kurzen Augenblick existieren. Zerfallen sie, gibt die Bewegung der Neutronen Informationen über deren spezielle Eigenschaften preis.

Doch Neutronen zu messen ist eine besondere Herausforderung für Physiker. Da die Neutronen, wie der Name sagt, neutral, also nicht elektrisch geladen sind, wechselwirken sie kaum mit Materie. Meistens huschen sie quasi unbemerkt durch ein  Messinstrument hindurch. „Deshalb ist der NeuLAND-Würfel so groß“, erklärt Dr. Konstanze Boretzky, Leiterin der NeuLAND-Arbeitsgruppe. „Je mehr Strecke die Neutronen durch Materie zurücklegen, desto eher geben sie sich zu erkennen. Wenn sie NeuLAND durchlaufen, geben sie ihre Energie vollständig ab. Diese Energie der Neutronen ist neben der Zeit des Auftreffens eine wichtige Information“, erklärt Boretzky. „Wir wollen aus der Messung der Neutronen auf den ursprünglichen neutronenreichen Kern zurückschließen, der in der Kernreaktion zerfallen ist. Dazu müssen wir auch erkennen können, wenn mehrere Neutronen dicht beieinander auf den Detektor treffen. Das geht nur, wenn wir ihre Energien messen und die Treffer so zuordnen können.“

Derzeit wird mit dem Team um Boretzky die fünfte NeuLAND-Doppelebene bei GSI aufgebaut, im September wird der zu einem Fünftel fertiggestellte Aufbau im GSI-Strahl getestet. Bis 2017 sollen dann alle 30 Doppelebenen zusammengebaut werden.

NeuLAND wird unter der technischen Leitung der GSI-Gruppe zur Erzeugung seltener Isotopenstrahlen im FAIR@GSI-Projekt im Rahmen der NUSTAR-Kollaboration aufgebaut. Es wird im Hochenergie-Zweig des Super-Fragmentseparators der neuen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR stehen. Maßgeblich beteiligt am NeuLAND-Bau sind neben GSI die Technische Universität Darmstadt, die Universität zu Köln, die Goethe-Universität in Frankfurt und das Petersburg Nuclear Physics Institute.


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NeuLAND-Detektor
NeuLAND wird aufgebaut
Dr. Konstanze Boretzky (m.) und ihr Team justieren den NeuLAND-Detektor.
Der NeuLAND-Aufbau wird mit dem Hallenkran an seinen Platz gebracht.
Foto: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Foto: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung